DE102009009617B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion Download PDF

Info

Publication number
DE102009009617B4
DE102009009617B4 DE102009009617.5A DE102009009617A DE102009009617B4 DE 102009009617 B4 DE102009009617 B4 DE 102009009617B4 DE 102009009617 A DE102009009617 A DE 102009009617A DE 102009009617 B4 DE102009009617 B4 DE 102009009617B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
projection
projections
section
image
calculated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102009009617.5A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102009009617A1 (de
Inventor
Benjamin Keck
Dr. Kowarschik Markus
Jasmina Ludwig
Dr. Mertelmeier Thomas
Holger Scherl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SIEMENS HEALTHINEERS AG, DE
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
Priority to DE102009009617.5A priority Critical patent/DE102009009617B4/de
Priority to CN201010117667.1A priority patent/CN101810491B/zh
Priority to US12/706,894 priority patent/US20100232673A1/en
Publication of DE102009009617A1 publication Critical patent/DE102009009617A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102009009617B4 publication Critical patent/DE102009009617B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
    • A61B6/502Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for diagnosis of breast, i.e. mammography
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/50Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00Image enhancement or restoration
    • G06T5/73Deblurring; Sharpening
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10Image acquisition modality
    • G06T2207/10072Tomographic images
    • G06T2207/10081Computed x-ray tomography [CT]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004Biomedical image processing
    • G06T2207/30068Mammography; Breast

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion, bei dem- ein Abschnitt (41) einer von dem Fokus der Röntgenquelle (8) bei der Aufnahme einer Projektion durchlaufenen Bahn (40) bestimmt wird,- eine Mehrzahl von verschiedenen Projektionen für diesen Abschnitt (41) berechnet wird, und- eine Mittelung der Mehrzahl von Projektionen für einen Vergleich der gemittelten Projektion mit einer aufgenommenen Projektion durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion.
  • Bei der medizinischen Diagnostik wird ein zu untersuchendes Objekt mit Röntgenstrahlung bestrahlt. Bei der Durchdringung des Objekts findet eine Abschwächung der Strahlung statt. Diese abgeschwächte Strahlung wird nach Durchdringen des Objektes mittels eines Detektors aufgenommen.
  • Die Abschwächung der Röntgenstrahlung auf dem Weg durch das Objekt bildet ein Maß für die Dichte der durchstrahlten Materie. Bei der medizinischen Diagnostik wird von der in Form von Bildern dargestellten Abschwächung bzw. Dichte auf das Vorhandensein von Abnormalitäten bzw. Tumoren geschlossen.
  • Bei einer einzelnen Röntgenaufnahme werden durch ein zweidimensionales Röntgenbild Informationen über ein dreidimensionales Objekt gewonnen. Diese Informationen sind mitunter nicht ausreichend, um tumoröses Gewebe mit Sicherheit zu erkennen. Überlagerungen durch gutartiges Gewebe können zu Diagnosefehlern führen.
  • Bei einzelnen Röntgenaufnahmen liefert die Aufnahme Informationen über die Gesamtschwächung von Röntgenstrahlen entlang des durch das Objekt zurückgelegten Weges. Ein Pixelwert des Detektors korrespondiert also mit einer Integration über den Schwächungswert bzw. Schwächungskoeffizienten entlang eines durch das Objekt führenden Weges.
  • Für eine sicherere Diagnose ist es wünschenswert, nicht nur Integrationen über den Schwächungswert zu erhalten, sondern den Schwächungswert selber als Funktion des Ortes zu gewinnen, d.h. den Schwächungskoeffizienten als skalares, ortsabhängiges Feld. Um den Schwächungswert in drei Dimensionen zu ermitteln, können mehrere Aufnahmen gemacht werden, aus welchen der Schwächungskoeffizient bestimmt wird. Ein solcher durch Rekonstruktion gewonnener Satz von Schwächungskoeffizienten kann auch als 3D-Bilddatensatz gesehen werden und wird im Folgenden auch mit Bilddatensatz oder Bild bezeichnet. Dieser dreidimensionale Bilddatensatz besteht in der Regel aus einer Mehrzahl von Schichtbildern.
  • Die Bestimmung bzw. Rekonstruktion des Schwächungskoffizienten aus diesen Aufnahmen (man spricht im Bezug auf diese Aufnahmen auch häufig von Projektionen) ist ein komplexes mathematisches Problem.
  • Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die z.B. in [1] aufgelistet sind. Eine Gruppe dieser Verfahren sind die sog. iterativen Verfahren, bzw. iterativen Rekonstruktionsverfahren. Bei diesem Verfahren werden ortsabhängige Schwächungswerte des Objektes bzw. das Bild als Startnäherung vorgegeben und die sich daraus ergebenden Projektionen berechnet. Die berechneten Projektionen werden mit den gemessenen Projektionen abgeglichen (Differenzbildung). Auf Grundlage des Abgleichs wird dann eine Korrektur des Bildes vorgenommen. Danach erfolgt eine erneute Berechnung von Projektionen und deren Abgleich mit den Messergebnissen. Wenn (im Rahmen der erforderlichen Genauigkeit) eine Übereinstimmung zwischen den berechneten und gemessenen Projektionen vorliegt, ist das entsprechende Bild auskonvergiert und liefert die gewünschten Schwächungskoeffizienten.
  • Bei diesen Verfahren werden also aus einem Bild Projektionen gewonnen und Differenzen von (berechneten und gemessenen) Projektionen für die Korrektur des Bildes verwendet. Zu diesem Zweck sind Operationen in dem sog. Bildraum (ortsabhängige Schwächungskoeffizienten des Objekts) und dem sog. Projektionsraum (für verschiedene Projektionsrichtungen gewonnene Darstellungen der durch das Objekt abgeschwächten Röntgenstrahlung) erforderlich. Die Berechnung von Projektionen für ein Bild bezeichnet man als Vorwärtsprojektion und die Berechnung eines Bildes (oder einer Bildkorrektur) aus Projektionen (oder Differenzen von Projektionen) wird als Rückprojektion bezeichnet.
  • Bei diesem Verfahren können beim rekonstruierten Bild Fehler auftreten. Diese sind z.B. durch Unvollständigkeit der Daten, Umordnung der Projektionen (re-binning) oder sog. Fokusbewegung bedingt. Die Erfindung zielt auf die bei interativen Verfahren durch die Fokusbewegung verursachten Artefakte.
  • Die Erzeugung und Fokussierung von Röntgenstrahlung wird üblicherweise in der sogenannten Röntgenröhre vorgenommen. Eine Röntgenröhre erzeugt in der Regel einen konusförmigen Strahl (cone beam) oder einen fächerförmigen Strahl (fan beam). Der Ausgangspunkt dieses Strahles ist dann der Fokus oder Brennpunkt in der Röntgenröhre, an dem eine Bündelung der Röntgenstrahlen erfolgt.
  • Das rekonstruierte Bild kann aus mehreren Gründen qualitative Mängel beinhalten. In der Fachliteratur wird hier von Artefakten gesprochen. Gründe bestehen u.a. darin, dass die Information nicht vollständig ist, in der Numerik oder aber auch in der Fokusbewegung. Es ist instruktiv, das Problem der Fokusbewegung anhand der als Tomosynthese bekannten medizinischen Aufnahmetechnik näher zu erläutern, weil sich dort dieses Problem besonders stark auswirken kann. Tomosynthese wird z.B. in der digitalen Mammographie angewendet. Sie basiert darauf, dass - im Gegensatz zur Computertomographie - nur ein vergleichsweise kleines Winkelintervall im Zuge der Bewegung der Röntgenröhre um das zu untersuchende Objekt abgetastet wird. Die Beschränkung des Intervalls ist im Regelfall durch das zu untersuchende Objekt bedingt (z.B. weibliche Mamma).
  • Eine Sequenz von Tomosynthese-Projektionen in der Mammographie kann mittels eines modifizierten Mammographiesystems oder eines Brust-Tomosynthese-Systems aufgenommen werden. Hierbei werden beispielsweise 25 Projektionen erstellt, während sich die Röntgenröhre über dem Detektor in einem Winkelbereich zwischen - 25° und 25° bewegt. Während dieser Bewegung wird in regelmäßigen Abständen die Strahlung ausgelöst und je eine Projektion aus dem Detektor ausgelesen. Aus diesen Projektionen wird anschließend in einem Tomosynthese-Rekonstruktionsprozess - der z.B. wie eingangs geschildert abläuft - eine dreidimensionale Repräsentation des untersuchten Objekts bzw. des Bilds im Rechner rekonstruiert. Es werden dann im Zuge der medizinischen Befundung üblicherweise nur die sog. Z-Schichten betrachtet, d.h. diejenigen rekonstruierten Schichtbilder, die parallel zur Detektorebene orientiert sind.
  • Um eine mechanische Stabilität des Systems zu erreichen, wird die Bewegung der Röntgenröhre kontinuierlich ausgeführt (kein Step-and-shoot Betrieb). Dadurch bleibt die Röntgenröhre in Bewegung, während gleichzeitig die Strahlung ausgelöst wird (siehe [2]). Dies hat zur Folge, dass die Abbildung der internen Strukturen des aufgenommenen Objekts in den Projektionsbildern verwischt wird ([3], [4]). Nach dem üblichen Rekonstruktionsprozess spiegelt sich diese Verwischung der Objektstrukturen in den Schichtbildern in Gestalt einer unscharfen Darstellung wider.
  • Diese sog. Verwischungsartefakte, welche durch die Bewegung der Röntgenröhre verursacht werden, sind vor allem in denjenigen Bildsystemen ausgeprägt, in denen keine synchrone isozentrische Bewegung der Röntgenröhre und des Bildempfängers bzw. Detektors stattfindet. Dies ist z.B. in einem Tomosynthese-System mit stationärem Detektor der Fall. Der Verwischungsgrad ist zudem abhängig von der Pulsdauer der Röntgenröhre, welche wiederum von der Eingangsdosis und damit von der Brustdicke abhängt. Je höher diese Pulsdauer ist, desto länger ist der Weg der Röhre pro Strahlungspuls und damit die Verwischung der Objektstrukturen.
  • Bei sehr kleinen anatomischen Strukturen (wie z.B. den für die Befundung relevanten Mikrokalzifizierungen in der Mammographie) kann diese Verwischung sehr kritisch sein. Denn sie kann dazu führen, dass die einzelnen Mikrokalks im Bild verschmelzen oder ihr Kontrast in den rekonstruierten Schichten reduziert wird. Dies kann zu falschen Diagnosen führen.
  • Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 7 gelöst.
  • Im Folgenden wird unter iterativer Rekonstruktion eine Bildrekonstruktion aus gemessenen Projektionen verstanden, bei dem ein Vergleich zwischen berechneten und gemessenen Projektionen durchgeführt wird, um das Bild mit den gemessenen Projektionen in Einklang zu bringen. Dabei soll der Begriff „iterativ“ bedeuten, dass das Verfahren geeignet ist, diesen Abgleich zwischen berechneten und gemessenen Projektionen zu wiederholen, wenn das Bild Qualitätsanforderungen nicht genügt (bzw. ein Konvergenzkriterium nicht erfüllt ist). Der Begriff soll aber nicht eine Konstellation ausschließen, in der bereits der erste Abgleich zu einem Bild führt, welches den Anforderungen genügt (kein Ausschluss des Grenzfalls einer Iteration).
  • Ein iteratives Rekonstruktionsverfahren kann im Wesentlichen aus der wiederholten Abarbeitung der folgenden Schritte bestehen
    1. 1. Schätzung des Startvolumens (initiale Approximation der dreidimensionalen Repräsentation des Objekts bzw. des Bildes)
    2. 2. Berechnung der Vorwärtsprojektionen für jede Winkelposition der Röntgenröhre
    3. 3. Vergleich der berechneten Projektionen mit den gemessenen Projektionen durch Differenzbildung und daraus Bestimmung einer Korrekturprojektion (in der Regel eine Korrekturprojektion pro Winkelposition)
    4. 4. Korrektur des aktuellen Volumens durch Rückprojektion der Differenzbilder
    5. 5. Fortsetzung mit Schritt 2.
  • Die Erfindung erstreckt sich jedoch auch auf Varianten des obigen Verfahrens. Z.B. brauchen nicht alle Vorwärtsprojektionen berechnet werden, bevor die Differenzbildung und die anschließenden Rückprojektion der Differenzbilder erfolgt. Stattdessen kann etwa auch projektionsweise vorgegangen werden. Es können auch zusätzliche Schritte vorgesehen sein, wie z.B. Filterschritte (in manchen Verfahren ist z.B. eine Tiefpassfilterung des Bildes nach Rückprojektion aller Differenzprojektionen vorgesehen).
  • Die Erfindung verbessert die Bildqualität, indem die Bewegung der Röntgenquelle bzw. des Fokus bei der Berechnung (in der Regel durch Vorwärtsprojektion) berücksichtigt wird. Die Erfindung kann überall zum Einsatz kommen, wo iterative Rekonstruktion verwendet wird, insbesondere bei Anwendungen im Bereich der Tomosynthese oder Computertomographie (CT).
  • Konkret wird ein Abschnitt einer von dem Fokus der Röntgenquelle bei der Aufnahme einer Projektion durchlaufenen Bahn bestimmt. Für diesen Abschnitt wird eine Mehrzahl von verschiedenen Projektionen berechnet. Anschließend wird eine Mittelung der Mehrzahl von berechneten Projektionen für einen Vergleich der gemittelten Projektion mit einer aufgenommenen Projektion durchgeführt.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird die gesamte Fokusbahn in Abschnitte bzw. Segmente unterteilt, für die jeweils eine Mehrzahl von Projektionen berechnet und mit einer gemessenen Projektion verglichen wird.
  • Neben einem Verfahren ist auch eine zur Durchführung des Verfahrens ausgestaltete bzw. eingerichtete Vorrichtung Gegenstand der Erfindung. Die Ausgestaltung der Vorrichtung kann mittels Software, Hardware, Firmware oder einer Kombination davon realisiert sein. Insbesondere kann die Vorrichtung funktionelle Module umfassen, die einen oder mehrere Verfahrensschritte realisieren.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Seitenansicht eines Mammographiegeräts
    • 2 eine Vorderansicht des Mammographiegeräts gemäß 1
    • 3 zwei Auslenkpositionen bei der Bestrahlung mittels eines Mammographiegeräts bei einer Tomosynthese
    • 4 ein Verfahren zur iterativen Rekonstruktion eines Bildes
    • 5 eine Illustration des erfindungsgemäßen Vorgehens anhand eines Bahnsegmentes
    • 6 das für ein erfindungsgemäßes Vorgehen abgewandelte Verfahren von 4
    • 7 Intitialisierungsschritte für ein Verfahren nach 6
  • Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
  • In den 1 und 2 sind entsprechend eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines Mammographiegeräts 2 dargestellt. Das Mammographiegerät 2 weist einen als Stativ 4 ausgebildeten Grundkörper und einen von diesem Stativ 4 auskragenden, abgewinkelten Gerätearm 6 auf, an dessen freiem Ende eine als Röntgenstrahler ausgebildete Bestrahlungseinheit 8 angeordnet ist. Auf dem Gerätearm 6 sind weiterhin ein Objekttisch 10 und eine Kompressionseinheit 12 gelagert. Die Kompressionseinheit 12 umfasst ein Kompressionselement 14, das relativ zum Objekttisch 10 entlang einer vertikalen Z-Richtung verschiebbar angeordnet ist, sowie eine Halterung 16 für das Kompressionselement 14. Zum Verfahren der Halterung 16 samt dem Kompressionselement 14 ist hierbei eine Art Liftführung in der Kompressionseinheit 12 vorgesehen. In einem unteren Bereich des Objekttisches 10 ist weiterhin ein Detektor 18 (vgl. 3) angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel ein digitaler Detektor ist.
  • Das Mammographiegerät 2 ist insbesondere für Tomosynthese-Untersuchungen vorgesehen, bei denen die Strahlungseinheit 8 über einen Winkelbereich um eine zu der Y-Richtung parallel verlaufende Mittelachse M verfahren wird, wie aus 3 ersichtlich ist. Hierbei werden mehrere Projektionen des zwischen dem Objekttisch 10 und dem Kompressionselement 14 positionsfest gehaltenen zu untersuchenden Objekts 20 erhalten. Bei den Bildaufnahmen aus den unterschiedlichen Winkelstellungen durchdringt ein im Querschnitt konus- oder fächerartiger Röntgenstrahl 21 das Kompressionselement 14, das zu untersuchende Objekt 20 und den Objekttisch 10 und trifft auf den Detektor 18 auf. Der Detektor 18 ist hierbei derart dimensioniert, dass die Bildaufnahmen in einem Winkelbereich zwischen zwei Auslenkpositionen 22a, 22b bei entsprechenden Auslenkwinkeln von - 25° bzw. + 25° gemacht werden können. Die Auslenkpositionen 22a, 22b sind in der X-Z-Ebene beidseitig von einer Nullposition 23 angeordnet, in der der Röntgenstrahl 21 vertikal auf den Detektor 18 auftrifft. Der flächige Detektor 18 weist in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere eine Größe von 24x30 cm auf.
  • Beim Durchlaufen der Bahn vom Punkt 22a zum Punkt 22b werden 25 Aufnahmen gemacht. Aus den aufgenommenen Projektionen wird iterativ ein Bild für das untersuchte Objekt 20 bestimmt. 4 zeigt schematisch ein iteratives Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes aus den gemessenen Projektionen.
  • Zu Beginn wird das Bild bzw. werden die entsprechenden Schwächungswerte für das Objekt mit Startwerten initialisiert. Auf Basis dieser ersten Näherung wird im Zuge einer Vorwärtsprojektion 31 eine Projektion 32 berechnet. Diese berechnete Projektion 32 wird im Schritt 33 mit der gemessenen Projektion 34 verglichen. Die Differenz bzw. der Fehler 35 wird ermittelt. Diese Fehlerermittlung erfolgt für alle Projektionen. Die Differenz zwischen berechneten und gemessenen Projektionen wird im Zuge einer Rückprojektion 36 in den Bildraum transformiert. Dort erhält man ein Korrekturbild 37, welches in einer Aktualisierung 38 mit dem aktuellen Bild zu einem neuen Bild 39 verknüpft wird. (Es gibt auch Varianten, in denen das Ergebnis der Transformation in den Bildraum 36 unmittelbar mit der aktuellen Approximation für das Rekonstruktionsergebnis zu einer neuen Approximation bzw. zu einem neuen Bild verrechnet wird.) Das neue bzw. aktualisierte Bild wird dann wieder mittels Vorwärtsprojektion 31 zur Berechnung von Projektionen verwendet.
  • Das Verfahren wird beendet, wenn hinreichende Übereinstimmung zwischen den berechneten und gemessenen Projektionen vorliegt. In der Praxis wird ein Konvergenzkriterium verwendet, nach dessen Maßgabe das Verfahren angehalten wird.
  • Bei der Aufnahme der Projektionen durchläuft die Röntgenquelle eine Bahn, um aus verschiedenen Winkeln Aufnahmen zu machen. Dabei wird im Regelfall die Bewegung der Röntgenquelle für die Aufnahmen nicht unterbrochen, sondern es findet eine kontinuierliche Bewegung in konstanter Geschwindigkeit vom Anfang der Bahn bis zum Ende statt. Die einzelnen Projektionen stammen daher nicht von einer ruhenden, sondern einer sich bewegenden Quelle. Wegen der endlichen Pulsdauer bzw. Aufnahmedauer einer Projektion durchläuft der Fokus bei der Aufnahme einen Bahnabschnitt.
  • In den bisherigen Verfahren wird für jede Winkelposition genau eine Projektion berechnet. Dabei geht man näherungsweise von einer ruhenden Röntgenquelle mit einem punktförmigen (d.h. unendlich kleinen) Fokus aus. Die kontinuierliche Bewegung der Röntgenröhre wird nicht berücksichtigt. Eine nichtideale Abtastbahn der Röntgenröhre infolge mechanischer Instabilitäten des Tomosynthese-Systems kann unter Verwendung von Projektionsmatrizen modelliert werden, welche die perspektivische Abbildung des dreidimensionalen Objektraums (Bildraums) in den zweidimensionalen Projektionsraum beschreiben. Diese Matrizen können vorab im Rahmen einer Kalibrierung des Systems ermittelt werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Fokusbewegung berücksichtigt, indem nicht nur mehr eine, sondern eine Mehrzahl von Projektionen für den der gemessenen Projektion entsprechenden Abschnitt der Fokusbahn bzw. der Röntgenquelle berechnet wird. Diese berechneten Projektionen werden dann gemittelt und die gemittelte Projektion für den Vergleich mit der gemessenen Projektion verwendet.
  • Dabei kann die gesamte Fokusbahn in Abschnitte bzw. Segmente aufgeteilt werden, die jeweils einer gemessenen Projektion zugeordnet werden. Für diese Segmente wird dann jeweils eine Mehrzahl von Projektionen berechnet und gemittelt.
  • Dieses Vorgehen ist in 5 verdeutlicht. Es ist eine Fokusbahn 40 für eine Tomosyntheseaufnahme weitgehend gestrichelt dargestellt. Es handelt sich z.B. um eine Aufnahme mit dem anhand der 1-3 dargestellten System, d.h. einem Tomosynthesesystem in der digitalen Mammographie mit stationärem Detektor. Die Röntgenröhre wird dabei auf einer Bogenbahn (50°, Radius 590 mm) bewegt. Der gesamte Scan dauert 12,7 sec, bei einer Pulsdauer von 50 ms. Die Länge eines Kreissegmentes (focal path length) ist dann ca. 2 mm.
  • Ein Segment 41 dieser Bahn 40 ist durch eine durchgezogene Linie kenntlich gemacht. Der Detektor 18 nimmt eine Projektion des Objektes 20 (z.B. weibliche Brust bei Mammographieuntersuchung) auf, während der Fokus das Segment 41 durchläuft. Dabei ist der Detektor 18 während der Aufnahme ortsfest. Für drei Positionen 42, 43, 44 während der Aufnahme der Projektion ist jeweils ein Strahlenkegel 45, 46, 47 eingezeichnet. Für diese Fokuspositionen 42, 43, 44 bzw. Strahlen 45, 46, 47 werden Projektionen berechnet. D.h. anstatt der üblicherweise erfolgenden Projektionsberechnung für eine (im allgemeinen in Bezug auf das Segment zentrale) Fokusposition 46 wird für die drei Fokuspositionen 42, 43, 44 eine Berechnung der entsprechenden Projektion vorgenommen. Danach werden die drei Ergebnisse gemittelt. Dabei kann z.B. jede berechnete Projektion mit dem Faktor 1/3 gewichtet werden. Eine andere Gewichtung (z.B. stärkere Gewichtung der zentralen Fokusstellung 46) ist ebenfalls denkbar. Die optimale Anzahl der berechneten Projektionen pro Segment und der zugeordneten Gewichte kann z.B. mit Hilfe von Versuchen an einem Phantom ermittelt werden.
  • Weiter kann die Anzahl der berechneten und zu mittelnden Projektionen pro Segment abhängig von der Lage des Segments auf der Abtastbahn variieren. Im Fall der Tomosynthese können etwa weiter außen gelegene Segmente feiner abgetastet werden, da sie zu einer stärkeren Verwischung der Objektstrukturen beitragen. Ferner kann eine nicht gleichförmige Dosisverteilung (unterschiedliche Pulslängen) im Scan durch unterschiedlich lange Segmente berücksichtigt werden, welchen dann entsprechend wieder eine segmentabhängig variable Anzahl von Fokuspositionen für die zu berechnenden und zu mittelnden Projektionen zugeordnet werden kann.
  • Eine Weiterbildung des Gegenstands besteht darin, die segmentspezifischen Anzahlen der Fokuspositionen in Abhängigkeit von der Iteration zu wählen. Um zu Beginn der iterativen Berechnung möglichst recheneffizient zu einer brauchbaren Approximation für die dreidimensionale Repräsentation des Objekts zu gelangen, ist eine gröbere Abtastung der Segmente denkbar. Diese Approximation kann dann unter Verwendung von feineren Abtastungen der Segmente im Zuge der nachfolgenden Iterationsschritte verbessert werden.
  • In 6 ist dargestellt, wie sich die Erfindung auf das Vorgehen gemäß 4 auswirkt. Der Schritt 31 (Berechnung Projektion) wird für jedes Segment mehrmals für verschiedene Bahnpunkte durchgeführt. Man erhält dann auch entsprechend mehrere berechnete Projektionen 32 (z.B. drei für das in 5 gezeigte Segment 41). Die verschiedenen Projektionen werden in Schritt 29 für den Vergleich 33 mit der entsprechenden gemessenen Projektion 34 gemittelt (Schritt 29).
  • Für eine schnelle Bildbestimmung können Eingangsgrößen für die Berechnung schon vor dem Scan durchgeführt werden. Dies betrifft z.B. das in 7 dargestellte Vorgehen. Auf Grundlage der Segmentierung der Bahn (Schritt 51) und der segmentweisen Auswahl von Bahnpunkten für die Projektionsberechnung (Schritt 52) können die für die Vorwärtsprojektion erforderlichen Projektionsmatrizen schon vorab berechnet werden (Schritt 53). Auf diese Weise wirkt sich der Mehraufwand durch die erfindungsgemäße Mehrfachberechnung von Projektionen nicht so sehr auf die Dauer für die Berechnung des Bildes aus. Die Matrizen können für mehrere Scans verwendet werden, solange bzgl. Bahn und Röntgenquelle keine Parameteränderungen vorgenommen werden.
  • Die Erfindung ist nicht nur auf den im Ausführungsbeispiel beschriebenen Fall beschränkt. Insbesondere kann das Vorgehen auch zum Einsatz kommen, wenn der Detektor nicht ortsfest ist, sondern sich mitbewegt, z.B. bei CT Untersuchungen.
  • Zitatliste
    1. [1] Thorsten M. Buzug, Computed Tomography: From Photon Statis-tics to Modern Cone-Beam CT, Springer, 2008
    2. [2] Bissonnette, M. and et al., Digital breast tomosynthesis using an amorphous selenium flat panel detector. Proc. SPIE, 5745, 529 (2005)
    3. [3] Ren B, Ruth C, Stein J, Smith A, Shaw I, Jing Z. Design and performance of the prototype full field breast tomosynthesis system with selenium based flat panel detector. Presented at SPIE Conf. on Medical Imaging, San Diego, CA, 12-18 Feb. 2005 and published in Proc. SPIE Physics of Medical Imaging, 5745:550-61
    4. [4] Zhao Bo; Zhao Wei Imaging performance of an amorphous selenium digital mammography detector in a breast tomosynthesis system. Medical physics 2008;35(5):1978-87

Claims (12)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion, bei dem - ein Abschnitt (41) einer von dem Fokus der Röntgenquelle (8) bei der Aufnahme einer Projektion durchlaufenen Bahn (40) bestimmt wird, - eine Mehrzahl von verschiedenen Projektionen für diesen Abschnitt (41) berechnet wird, und - eine Mittelung der Mehrzahl von Projektionen für einen Vergleich der gemittelten Projektion mit einer aufgenommenen Projektion durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewichtete Mittelung vorgenommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Unterteilung der gesamten durchlaufenen Bahn (40) in Abschnitte vorgenommen wird, und - für jeden Abschnitt das Verfahren nach Anspruch 1 durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der berechneten Projektionen für einen Abschnitt nach Maßgabe der Position des Abschnitts auf der Bahn (40) festgelegt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Segmente nach Maßgabe einer Dosisverteilung festgelegt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Iterationsschritten durchgeführt wird, in denen ein Vergleich einer gemittelten Projektion mit einer aufgenommenen Projektion durchgeführt wird, und - die Anzahl der berechneten Projektionen für einen Abschnitt nach Maßgabe des Iterationsschritts festgelegt wird.
  7. Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion, mit - Mitteln zur Bestimmung eines Abschnitts (41) einer von dem Fokus der Röntgenquelle (8) bei der Aufnahme einer Projektion durchlaufenen Bahn (40), - Mitteln zur Berechnung einer Mehrzahl von verschiedenen Projektionen für diesen Abschnitt (41), und - Mitteln zur Durchführung einer Mittelung der Mehrzahl von Projektionen für einen Vergleich der gemittelten Projektion mit einer aufgenommenen Projektion.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, mit Mitteln zur Durchführung einer gewichteten Mittelung.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, mit - Mitteln zur Unterteilung der gesamten durchlaufenen Bahn (40) in Abschnitte, und - Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für jeden dieser Abschnitte.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der berechneten Projektionen für einen Abschnitt nach Maßgabe der Position des Abschnitts auf der Bahn (40) festlegbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Segmente nach Maßgabe einer Dosisverteilung festlegbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Mehrzahl von Iterationsschritten durchführbar ist, in denen ein Vergleich einer gemittelten Projektion mit einer aufgenommenen Projektion durchgeführt wird, und - die Anzahl der berechneten Projektionen für einen Abschnitt nach Maßgabe des Iterationsschritts festlegbar ist.
DE102009009617.5A 2009-02-19 2009-02-19 Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion Active DE102009009617B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009009617.5A DE102009009617B4 (de) 2009-02-19 2009-02-19 Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion
CN201010117667.1A CN101810491B (zh) 2009-02-19 2010-02-10 降低由于x射线管的运动在重建的对象中引起的伪影
US12/706,894 US20100232673A1 (en) 2009-02-19 2010-02-17 Reduction of artifacts caused by movement of an x-ray tube in object reconstruction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009009617.5A DE102009009617B4 (de) 2009-02-19 2009-02-19 Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009009617A1 DE102009009617A1 (de) 2010-08-26
DE102009009617B4 true DE102009009617B4 (de) 2019-04-25

Family

ID=42356611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009009617.5A Active DE102009009617B4 (de) 2009-02-19 2009-02-19 Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100232673A1 (de)
CN (1) CN101810491B (de)
DE (1) DE102009009617B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9558569B2 (en) * 2014-08-12 2017-01-31 Toshiba Medical Systems Corporation Method and system for substantially reducing cone beam artifacts based upon image domain differentiation in circular computer tomography (CT)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008048687A1 (de) * 2008-09-24 2009-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Ermittlungsmodul zur Ermittlung von Zyklussignalen, Signal-Gewinnungsverfahren und Signalgewinnungsmodul, Bildaufnahmeverfahren und bildgebendes System

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5673300A (en) * 1996-06-11 1997-09-30 Wisconsin Alumni Research Foundation Method of registering a radiation treatment plan to a patient
JP3527381B2 (ja) * 1997-02-28 2004-05-17 株式会社島津製作所 X線ct装置
JP3992389B2 (ja) * 1999-01-11 2007-10-17 株式会社日立メディコ X線ct装置及びファントム
DE19936679C2 (de) * 1999-08-04 2003-06-18 Siemens Ag Röntgendiagnostikgerät
US7274810B2 (en) * 2000-04-11 2007-09-25 Cornell Research Foundation, Inc. System and method for three-dimensional image rendering and analysis
FR2818863A1 (fr) * 2000-12-26 2002-06-28 Koninkl Philips Electronics Nv Procede de traitement de donnees
US7120283B2 (en) * 2004-01-12 2006-10-10 Mercury Computer Systems, Inc. Methods and apparatus for back-projection and forward-projection
JP4498023B2 (ja) * 2004-06-15 2010-07-07 キヤノン株式会社 X線ct装置
EP1773199B1 (de) * 2004-07-01 2009-09-30 GE Healthcare Finland Oy Verfahren zur herstellung eines dreidimensionalen digitalen röntgenbildes
DE102005009557A1 (de) * 2005-03-02 2006-09-07 Siemens Ag Verfahren zur Erkennung einer stabilen Aufstellung eines Systems
US8155262B2 (en) * 2005-04-25 2012-04-10 The University Of North Carolina At Chapel Hill Methods, systems, and computer program products for multiplexing computed tomography
DE102005021068B4 (de) * 2005-05-06 2010-09-16 Siemens Ag Verfahren zur Voreinstellung der Aufnahmeparameter bei der Erstellung von zweidimensionalen Durchlicht-Röntgenaufnahmen
US7245698B2 (en) * 2005-07-13 2007-07-17 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. 4-dimensional digital tomosynthesis and its applications in radiation therapy
US7983462B2 (en) * 2005-11-22 2011-07-19 Purdue Research Foundation Methods and systems for improving quality of an image
DE102006041033B4 (de) * 2006-09-01 2017-01-19 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildvolumens
JP4851296B2 (ja) * 2006-10-26 2012-01-11 富士フイルム株式会社 放射線断層画像取得装置および放射線断層画像取得方法
US8155417B2 (en) * 2007-03-27 2012-04-10 Hologic, Inc. Post-acquisition adaptive reconstruction of MRI data
DE102008003173B4 (de) * 2008-01-04 2016-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung für die Computertomographie zur Be-

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008048687A1 (de) * 2008-09-24 2009-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Ermittlungsmodul zur Ermittlung von Zyklussignalen, Signal-Gewinnungsverfahren und Signalgewinnungsmodul, Bildaufnahmeverfahren und bildgebendes System

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BISSONNETTE, M. [et.al.]: Digital breast tomosynthesis using an amorphous selenium flat panel detector. In: Medical Imaging 2005: Physics of Medical Imaging, Proceedings of SPIE, Vol. 5745, 2005, S. 529-540. - ISBN 9780819457196 *
REN, B. [et.al.]: Design and performance of the prototype full field breast tomosynthesis system with selenium based flat panel detector. In: Medical Imaging 2005: Physics of Medical Imaging, Proceedings of SPIE, Vol. 5745, 2005, S. 550-561. - ISBN 9780819457196 *
Zhao Bo; Zhao Wei Imaging performance of an amorphous selenium digital mammography detector in a breast tomosynthesis system. Medical physics 2008;35(5):1978-87
ZHAO, B. [et.al.]: Imaging performance of an amorphous selenium digital mammography detector in a breast tomosynthesis system. In: Medical Physics, Vol. 35, 2008, No. 5, S. 1978-1987. - ISSN 0094-2405 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101810491A (zh) 2010-08-25
CN101810491B (zh) 2014-04-30
DE102009009617A1 (de) 2010-08-26
US20100232673A1 (en) 2010-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010026674B4 (de) Bildgebungsvorrichtung und Strahlentherapiegerät
DE102011005055B4 (de) Verfahren zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes sowie entsprechendes Röntgensystem, Computerprogramm und elektronisch lesbarer Datenträger
DE102013200337B4 (de) Verfahren, Computertomopraph und Computerprogrammprodukt zum Bestimmen von Intensitätswerten einer Röntgenstrahlung zur Dosismodulation
DE102010027227B4 (de) Verfahren und Computertomographiegerät zur Durchführung einer angiographischen Untersuchung
DE112006003039T5 (de) Verfahren und Anordnung zur Röntgenbildgebung
DE19645739A1 (de) Modulation eines Röntgenstrahlröhren-Stroms in einem Computer-Tomographie-System
DE102011006188B4 (de) Verfahren und Computertomographie-System zur Erstellung tomographischer Bilddarstellung mit mindestens zwei Strahler-Detektor-Systemen
DE102004004295A1 (de) Verfahren zur Bilddatenaufnahme und -auswertung mit einem Tomographiegerät
DE102010035920A1 (de) Verfahren zur Darstellung eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels eines Tomosynthesegeräts und entsprechendes Tomosynthesegerät
DE102012105560A1 (de) Verfahren und System zur Korrektur der Streuung bei der Röntgenbildgebung
DE102016217639B3 (de) Verfahren zur Rekonstruktion spektraler Ergebnisbilddaten, Bildrekonstruktionseinrichtung, Computertomographiesystem, Computerprogrammprodukt und computerlesbares Medium
DE102012215997A1 (de) Kontrastverstärkte Aufnahme von Objekten
DE102010034099A1 (de) Iterative Bildfilterung mit anisotropem Rauschmodell für ein CT-Bild
DE19959092A1 (de) Verfahren zur Kombination von Rekonstruktionsbildern
DE102012220028A1 (de) Angiographisches Untersuchungsverfahren
DE102012222714A1 (de) Ermittlung eines Mehrfachenergie-Bildes
DE102009047867B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur von trunkierten Projektionsdaten
DE102011006579A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten eines Untersuchungsobjekts, Projektionsdatenverarbeitungseinrichtung, Röntgensystem und Computerprogramm
DE102013200329B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Dejustagekorrektur für Bildgebungsverfahren
DE102009007236A1 (de) CT-Bildrekonstruktion eines sich bewegenden Untersuchungsobjektes
DE102008038357B3 (de) Verfahren zur Erzeugung von 2D-Schnittbildern aus 3D-Projektionsdaten, die mittels eines CT-Systems von einem metallische Anteile enthaltenden Untersuchungsobjekt erfasst wurden
DE102007056801A1 (de) CT-Gerät und Verfahren zur Spiral-Abtastung eines sich zumindest in einem Teilberich periodisch bewegeneden Untersuchungsobjektes
DE102010041781B4 (de) Verfahren und ein CT-Gerät zur computertomographischen Spiralabtastung eines Patienten
DE102014210420A1 (de) Verfahren zur Reduzierung von Trunkierungsartefakten und Röntgeneinrichtung
DE102009009617B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei einer Bildbestimmung durch iterative Rekonstruktion

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS HEALTHINEERS AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, MUENCHEN, DE